證明運算元有界性的一種數學方法。如果運算元TLpLq的有界運算元,即對所有的fLp,有TfLq,且滿足

式中 M是算子的界,與 f無關,就稱 T是強( pq)型的。最早也是最典型的算子內插定理是裡斯-索林定理。

  裡斯-索林定理 如果線性算子T同時是強(p1q1)和強(p2q2)型的,其中1≤pj≤∞,1≤qj≤∞(j=1,2),即

則對所有滿足

(1)

pqT是強( pq)型的,即

並且 MM 1M 2之間滿足不等式

  可以從幾何上來看定理中pqpjqj的關系。記

則α 1、α 2表示區間[0,1]上的兩點,α在α 1,α 2之間,設想 β是α 的函數,在α 1時取值 β 1,在α 2時取值 β 2,問 β在α點取什麼值?關系式(1)表明 β的值恰好等於在(α 1β 1)和(α 2β 2)作線性內插時的線性函數在α 取的值(圖1 )。這就是算子內插這個名稱的由來。

  裡斯-索林定理說明,要證明一個線性算子TLpLq有界的,隻須驗證T同時是L

L L L 有界的。也就是說,要得到 T是強 型的,隻需驗證 T在線段的兩個端點具有相應的型,即同時是強 型和強 型就可以瞭。

  下面通過一個典型例子來看如何應用這種算子內插的方法。

  豪斯多夫-楊定理 設􀀩是f的傅裡葉變換,即

式中

  從算子內插的觀點來看這個定理,就顯得比較簡單。事實上,取p1=2,q1=2,這時不等式

是帕舍伐爾等式的推論。取 p 2=1, q 2=∞,這時顯然有 。用裡斯-索林定理便得所要證的結果(圖2 )。如果不用算子內插,這定理的證明就困難得多。

  裡斯-索林定理的條件可以減弱。首先,線性算子的條件可用次可加性代替,所謂次可加性是指對任意的fg,皆有

其次,更重要的是定理的強型條件可以用下面的弱型條件代替。稱 T是弱( pq)型的(1≤ q<∞),如果存在常數 C,使得對任意的 fL p和任意的實數 λ>0,有不等式

成立,式中 m表示勒貝格測度。如果 q=∞,則弱( pq)型用強( pq)型定義。不難證明,強( pq)型的算子一定是弱( pq)型的。這樣代替以後, pq的限制要多一些,這可以敘述為下面的另一個十分基本的內插定理。

  馬欽凱維奇內插定理 如果次可加算子T同時是弱(p1q1)型和弱(p2q2)型的,即

式中1≤ p 1q 1≤∞,1≤ p 2q 2≤∞, p 1p 2q 1q 2,則對所有滿足

的( pq), T是強( pq)型的,即

  調和分析中的許多重要算子,如哈代-李特爾伍德極大函數,奇異積分算子等的強(pp)型(1<p<∞),都是用馬欽凱維奇內插定理證明的。

  除上述兩個定理外,還有許多其他類型的算子內插定理。近代的算子內插理論,已經從Lp空間推廣到其他許多的空間,例如索伯列夫空間、Hp空間、別索夫空間等等。

  算子內插的方法不僅在調和分析,還在泛函分析、偏微分方程的理論中有許多應用。

  

參考書目

 E.M.Stein and G.Weiss,lntroduction to Fourier Analysis on Euclidean Spaces,Princeton Univ.Press,Princeton,1971.

 A.Zygmund,Trigonometrical Series,2nd ed.,Vol.1~2,Cambridge Univ.Press,Cambridge,1959.